开口复合材料层合板声振特性研究
发布时间：2021-11-10 04:11
复合材料作为新型材料,具有重量轻、比强度和比刚度高、抗疲劳、耐腐蚀以及易加工等特点,舰船应用复合材料层合板具备一系列优势。为满足设备安装、增加通道和减轻重量等需求,通常需对舰船板壳结构进行开口,而开口的形状随着实际需求而变化。研究具有开口的复合材料层合板的振动与声辐射特性,对指导此类结构在舰船上的应用具有一定的参考意义。本文首先对含有开口的不同形状复合材料层合板的自由振动特性进行研究。基于一阶剪切变形理论描述开口层合板的振动,推导层合板的能量方程。采用线性均匀分布的平动与转动弹簧来模拟复杂边界,将弹簧的弹性势能引入到开口层合板的势能方程中。基于Rayleigh-Ritz法,运用改进的傅立叶级数为假定振型函数,推导出可以适用于不同形状、开口和不同边界的板的振动能量方程,通过对能量泛函求极值得到开口板的刚度矩阵与质量矩阵。求解特征值矩阵,得到层合板自由振动的固有频率与模态。给出了多种不同形状的开口层合板固有频率计算结果,并与有限元结果以及参考文献结果进行对比,验证了本文理论模型的正确性以及方法的普适性,并讨论了开口参数对层合板固有频率的影响。在自由振动的基础上,研究了开口层合板受迫振动与功...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含圆口的矩形层合板有限元模型
（6a） （6b）图 2.4 SSSS 边界梯形层合板前 6 阶模态云图，（a）理论解，（b）FEM图 2.4 中可以明显地看出，理论解与数值解的各阶模态云图均吻合良好文方法对各种形状层合板的振动求解都具有良好的准确性。口参数研究小节以含方口的圆形层合板为例，研究开口的大小、位置及边界参数对特性的影响。模型的材料参数如下：弹性模量比为 E1/E2=20，剪切3=0.5E2，G23=0.33E2，泊松比为12 0.25,密度为3 1770Kg/m，铺层]s，板厚为 h=0.1m。圆板的半径为 r0=1m，圆心位置（x0，y0），并设 x0长为 a，方口左下角点的位置为（al，bl）。在固支外边界下，开口大小频率的影响见表 2.6 和图 2.5。 2.6 开口大小对含方口圆形层合板的前 6 阶固有频率的影响，CCCC（单位：Hz
al/r0=0.2 al/r0=0.3 al/r0=0.4 al/r0=0.5 al/r0=0.6 al/r0=0.7 al/r0=0.8250300350率频(a)al/r0=0.2 al/r0=0.3 al/r0=0.4 al/r0=0.5 al/r0=0.6 al/r0=0.7 al/r0=0.8150200250率频(b)(a) CCCC (b) SSSS图 2.6 含方口圆形层合板前 4 阶固有频率随开口位置的变化（a/r0=0.4）图 2.7 给出了 a/r0=0.7 时模型的模态云图，可以看出理论解与有限元解吻合良好1st(本文) 2nd(本文) 3rd(本文)
【参考文献】：
期刊论文
[1]含任意形状内开口的矩形板振动特性分析[J]. 李天匀,张俊,朱翔,郭文杰. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]任意边界条件下中心开口矩形板自由振动特性分析[J]. 邱永康,李天匀,朱翔,郭文杰,毛艺达. 振动与冲击. 2017(20)
[3]基于能量泛函的开口矩形板自由振动特性分析[J]. 李凯,何书韬,吴国民,毛艺达,李天匀. 振动与冲击. 2017(11)
[4]船用复合材料应用现状及发展[J]. 冯利军,程正冲,李伏. 装备环境工程. 2017(05)
[5]复合材料主要应用领域现状与发展趋势[J]. 邓文波,习小斌,冯万喜. 黑龙江科技信息. 2017(07)
[6]复合材料在海洋船舰中的应用[J]. 魏明恺. 中国战略新兴产业. 2017(04)
[7]铺设角度对层合板结构声功率的影响分析[J]. 吴锦武,原海朋. 机械工程学报. 2016(19)
[8]基于三阶剪切形变理论的复合层合矩形板水下声辐射研究[J]. 胡昊灏,高岩. 船舶力学. 2016(05)
[9]不同铺设角度下层合板结构参数对声功率影响[J]. 王县委,吴锦武. 应用声学. 2016(02)
[10]任意边界条件下矩形板的面内自由振动特性[J]. 王青山,史冬岩,罗祥程. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(06)
博士论文
[1]任意边界和耦合条件下复合材料层合结构动力学性能分析[D]. 邵东.哈尔滨工程大学 2017
[2]复合平板结构水下声辐射预报方法研究[D]. 胡昊灏.哈尔滨工程大学 2014
[3]层合板壳振动和声辐射预测方法[D]. 曹雄涛.上海交通大学 2012
[4]蜂窝夹层结构复合材料的声振特性研究[D]. 王盛春.重庆大学 2011
[5]夹层结构振动声辐射特性研究[D]. 王海英.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]复合材料悬臂层合板振动特性研究[D]. 杨亚柳.哈尔滨工程大学 2018
[2]纤维增强复合材料层合板振动参数优化方法研究[D]. 尹先桃.南京航空航天大学 2016
[3]层合板结构声振特性及声辐射最小化优化分析[D]. 林志明.南昌航空大学 2015
[4]复合材料板结构振动问题的Hamilton求解方法[D]. 李玄.南昌航空大学 2015
[5]碳纤维复合材料隔声特性分析与优化[D]. 张喆.大连理工大学 2015
[6]纤维增强复合材料层合板振动响应分析与优化[D]. 胥小强.南京航空航天大学 2015
[7]复合材料层合板声辐射特性分析与测量[D]. 原海朋.南昌航空大学 2014
[8]层合板声振特性分析及PVDF模态传感器设计[D]. 赵龙胜.南昌航空大学 2014
[9]一种基于周期结构的复合材料的声学特性分析[D]. 张静谧.大连理工大学 2014
[10]复合材料层合板动力学建模与振动特性的研究[D]. 陈汐.苏州大学 2014
本文编号：3486547
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含圆口的矩形层合板有限元模型
（6a） （6b）图 2.4 SSSS 边界梯形层合板前 6 阶模态云图，（a）理论解，（b）FEM图 2.4 中可以明显地看出，理论解与数值解的各阶模态云图均吻合良好文方法对各种形状层合板的振动求解都具有良好的准确性。口参数研究小节以含方口的圆形层合板为例，研究开口的大小、位置及边界参数对特性的影响。模型的材料参数如下：弹性模量比为 E1/E2=20，剪切3=0.5E2，G23=0.33E2，泊松比为12 0.25,密度为3 1770Kg/m，铺层]s，板厚为 h=0.1m。圆板的半径为 r0=1m，圆心位置（x0，y0），并设 x0长为 a，方口左下角点的位置为（al，bl）。在固支外边界下，开口大小频率的影响见表 2.6 和图 2.5。 2.6 开口大小对含方口圆形层合板的前 6 阶固有频率的影响，CCCC（单位：Hz
al/r0=0.2 al/r0=0.3 al/r0=0.4 al/r0=0.5 al/r0=0.6 al/r0=0.7 al/r0=0.8250300350率频(a)al/r0=0.2 al/r0=0.3 al/r0=0.4 al/r0=0.5 al/r0=0.6 al/r0=0.7 al/r0=0.8150200250率频(b)(a) CCCC (b) SSSS图 2.6 含方口圆形层合板前 4 阶固有频率随开口位置的变化（a/r0=0.4）图 2.7 给出了 a/r0=0.7 时模型的模态云图，可以看出理论解与有限元解吻合良好1st(本文) 2nd(本文) 3rd(本文)
【参考文献】：
期刊论文
[1]含任意形状内开口的矩形板振动特性分析[J]. 李天匀,张俊,朱翔,郭文杰. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]任意边界条件下中心开口矩形板自由振动特性分析[J]. 邱永康,李天匀,朱翔,郭文杰,毛艺达. 振动与冲击. 2017(20)
[3]基于能量泛函的开口矩形板自由振动特性分析[J]. 李凯,何书韬,吴国民,毛艺达,李天匀. 振动与冲击. 2017(11)
[4]船用复合材料应用现状及发展[J]. 冯利军,程正冲,李伏. 装备环境工程. 2017(05)
[5]复合材料主要应用领域现状与发展趋势[J]. 邓文波,习小斌,冯万喜. 黑龙江科技信息. 2017(07)
[6]复合材料在海洋船舰中的应用[J]. 魏明恺. 中国战略新兴产业. 2017(04)
[7]铺设角度对层合板结构声功率的影响分析[J]. 吴锦武,原海朋. 机械工程学报. 2016(19)
[8]基于三阶剪切形变理论的复合层合矩形板水下声辐射研究[J]. 胡昊灏,高岩. 船舶力学. 2016(05)
[9]不同铺设角度下层合板结构参数对声功率影响[J]. 王县委,吴锦武. 应用声学. 2016(02)
[10]任意边界条件下矩形板的面内自由振动特性[J]. 王青山,史冬岩,罗祥程. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(06)
博士论文
[1]任意边界和耦合条件下复合材料层合结构动力学性能分析[D]. 邵东.哈尔滨工程大学 2017
[2]复合平板结构水下声辐射预报方法研究[D]. 胡昊灏.哈尔滨工程大学 2014
[3]层合板壳振动和声辐射预测方法[D]. 曹雄涛.上海交通大学 2012
[4]蜂窝夹层结构复合材料的声振特性研究[D]. 王盛春.重庆大学 2011
[5]夹层结构振动声辐射特性研究[D]. 王海英.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]复合材料悬臂层合板振动特性研究[D]. 杨亚柳.哈尔滨工程大学 2018
[2]纤维增强复合材料层合板振动参数优化方法研究[D]. 尹先桃.南京航空航天大学 2016
[3]层合板结构声振特性及声辐射最小化优化分析[D]. 林志明.南昌航空大学 2015
[4]复合材料板结构振动问题的Hamilton求解方法[D]. 李玄.南昌航空大学 2015
[5]碳纤维复合材料隔声特性分析与优化[D]. 张喆.大连理工大学 2015
[6]纤维增强复合材料层合板振动响应分析与优化[D]. 胥小强.南京航空航天大学 2015
[7]复合材料层合板声辐射特性分析与测量[D]. 原海朋.南昌航空大学 2014
[8]层合板声振特性分析及PVDF模态传感器设计[D]. 赵龙胜.南昌航空大学 2014
[9]一种基于周期结构的复合材料的声学特性分析[D]. 张静谧.大连理工大学 2014
[10]复合材料层合板动力学建模与振动特性的研究[D]. 陈汐.苏州大学 2014
本文编号：3486547
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